costruzioni
i. Descrizione e motivazione della scelta
Il recente terremoto dell’Emilia‐Romagna ha focalizzato l’attenzione sulla sicurezza delle strutture che ospitano attività sia industriali che residenziali. Malgrado in regione sia mediamente buona la qualità delle costruzioni, rispetto al panorama nazionale, il sisma ha evidenziato una serie di criticità e di vulnerabilità del patrimonio costruito, riconducibili a due problematiche principali.
Innanzitutto il territorio non è stato considerato zona sismica fino a una decina di anni fa [1], e molte delle costruzioni sono state realizzate senza criteri antisismici o anche solo quei presidi che consentono di raggiungere un certo livello di sicurezza alle azioni orizzontali. In secondo luogo, tutto il comparto edilizio costruito durante il boom economico degli anni ’60 e ’70 è risultato particolarmente vulnerabile anche in ragione di un degrado nel tempo dei materiali utilizzati, spesso non di qualità pari a quella necessaria. Tali problematiche sono tuttavia comuni a molto del patrimonio edilizio nazionale.
Al fine di incrementare il livello di sicurezza delle strutture costituenti il patrimonio edilizio, è necessario sviluppare e impiegare tecniche di indagini conoscitive del patrimonio edilizio, il quale deve essere per l’appunto compreso e salvaguardato attraverso la progettazione di interventi di adeguamento/miglioramento sismico [2] con l’impiego di tecniche e tecnologie innovative che consentano di incrementare la capacità delle strutture di rispondere alle possibili azioni sismiche, sia frequenti che rare, limitando i danni (nel caso di azioni lievi) o garantendo la sicurezza delle persone (nel caso di sismi violenti).
Il problema della sicurezza si intreccia strettamente con quello della durabilità delle costruzioni.
Come anche stabilito dalle più recenti normative italiane (Norme Tecniche per le Costruzioni 2008 [3], che recepiscono i principi dell’Eurocodice 8 [4]), la vita utile di una costruzione è un parametro che entra direttamente nella valutazione dell’impatto ambientale ed economico (Life Cyclic Assessment LCA and Life Cyclic Cost LCC, in particolare per la valutazione dei costi di manutenzione) dell’edificio e della sicurezza. Tale problema è di grande importanza per il comparto edilizio tra gli anni ’60 e ’70, in quanto le carenze a livello di materiali portano il livello di sicurezza di tali costruzioni prossime al livello di attenzione anche solo per carichi verticali, e quindi potenzialmente critico nel caso di sisma. Divengono quindi di grande importanza le tecnologie che consentono di intervenire sull’esistente per valutare lo stato di degrado di un materiale (calcestruzzo, acciaio, muratura), e soprattutto lo sviluppo di nuovi materiali che consentano il recupero e la manutenzione di quelli attualmente in opera.
ii. Traiettorie di evoluzione
Fra le metodologie e tecnologie innovative in grado, nei prossimi anni, di incrementare il livello di sicurezza del patrimonio edilizio regionale esistente e al contempo sviluppare nuovi sistemi costruttivi, si evidenziano:
1. Metodi semplificati per una valutazione preliminare della vulnerabilità sismica di grossi patrimoni edilizi.
2. Metodologie innovative per la conduzione di test in situ su edifici esistenti e correlazione dei risultati per la determinazione delle caratteristiche meccaniche delle strutture.
3. Monitoraggio delle strutture esistenti (quadro fessurativo o stima delle caratteristiche modali delle strutture).
4. Studi per la valutazione dell’efficienza in termini di durabilità dei materiali da costruzione.
5. Tecnologie per il rinforzo e l’adeguamento sismico delle strutture attraverso materiali innovativi.
6. Sistemi innovativi per la dissipazione dell’energia e l’attenuazione delle forze sismiche agenti sulla struttura.
7. Sviluppo di nuovi sistemi costruttivi multifunzione e valutazione della loro efficienza sismica ed energetica in collaborazione con le aziende produttrici.
Per la valutazione della vulnerabilità sismica di patrimoni edilizi e la corretta gestione delle risorse economiche, la tendenza a livello nazionale ed europeo (Italia, Turchia, Grecia) è la definizione di metodi speditivi, basati su classificazioni degli edifici e valutazioni analitiche limitate, che permettano di definire una gerarchia di priorità di edifici che necessitino di uno studio mirato di vulnerabilità sismica dal quale si evincano le carenze strutturali che devono essere sanate.
Dopo l’individuazione degli edifici con maggiori carenze strutturali, per poter eseguire una corretta progettazione degli interventi di adeguamento sismico è necessario stimare le caratteristiche meccaniche dei materiali costituenti la struttura attraverso specifici test in situ i cui risultati dovranno essere correttamente impiegati attraverso modelli di correlazione per la determinazione delle proprietà meccaniche necessarie per le fasi progettuali. Inoltre, per la valutazione del comportamento nel tempo della struttura in oggetto possono essere impiegate tecniche di monitoraggio sia per monitorare lo sviluppo di eventuali quadri fessurativi che per la determinazione delle caratteristiche dinamiche della struttura. Negli ultimi anni sono stati sviluppati nuovi strumenti di misura ed acquisizione dati (basati sulla tecnologia MEMS) che permettano il trasferimento real‐time dei dati (wi‐fi, ethernet, etc.). Tali strumenti consentiranno una più semplice gestione dei dati ed il loro filtraggio in base alle proprietà richieste (ad esempio in prove dinamiche picchi di risposta in un certo arco temporale), incrementando dunque la possibilità di impiego di tali tecniche con una riduzione dei costi di gestione dei test di monitoraggio.
In merito alla progettazione dell’intervento di adeguamento o miglioramento sismico delle strutture, fra le diverse tecniche per il rinforzo strutturale, risultano particolarmente performanti i rinforzi attraverso l’impiego di materiali innovativi come ad esempio i compositi FRP (Fiber Reinforced Polymer) e FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix). Tali materiali consentono di incrementare la capacità strutturale, sia in termini di resistenza che in taluni casi di duttilità strutturale (incremento della capacità della struttura di dissipare energia attraverso la deformazione degli elementi). Gli FRP sono indubbiamente adatti per il rinforzo di travi, pilastri e connessioni travi pilastri in cemento armato poiché in grado di sostenere elevati sforzi [5]. Gli FRCM sono invece particolarmente vantaggiosi per il rinforzo di pareti murarie con comportamento bi‐direzionale. In tal caso le forze in gioco risultano inferiori ed è possibile realizzare il composito attraverso delle reti in fibra di Carbonio, Vetro, Aramide, Canapa, ecc., con un’ampia maglia e conseguentemente un costo ridotto del materiale. Alcuni di tali materiali sono già attualmente in uso nel mercato edilizio, ma risulta ancora carente la conoscenza delle effettive performance degli stessi. Sarebbero dunque necessarie delle ampie campagne sperimentali che
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consentano di definire standard nazionali e metodologie per la certificazioni di tali materiali, che potrebbero portare anche alla definizione di nuovi e più efficienti sistemi di intervento.
Oltre alla necessità di garantire la sicurezza delle strutture esistenti, è di equivalente importanza il livello di sicurezza e la durabilità delle nuove costruzioni (Life Cyclic Assessment LCA). Oggigiorno, si sviluppano sistemi costruttivi multi‐performance a cui viene richiesto di possedere alte prestazioni in termini di efficienza energetica, efficienza acustica e sicurezza strutturale. Inoltre, una delle richieste del mercato delle costruzioni, perché il sistema sia considerato competitivo, riguarda la semplicità e la velocità di “messa in opera” di tali sistemi in modo da contenere i costi di cantierizzazione. Per i motivi descritti, in fase di sviluppo e progettazione di nuovi sistemi strutturali è necessario l’impiego di conoscenze interdisciplinari a supporto delle idee proposte a livello sia regionale che nazionale.
iii. Fattibilità
I laboratori della Rete Alta Tecnologia possiedono le competenze necessarie per lo sviluppo della traiettoria in oggetto. Negli ultimi anni i centri di ricerca regionali hanno in parte sviluppato alcune delle metodologie e tecnologie indicate. Nel settore delle costruzioni la ricerca industriale prevede l’interazione e lo scambio tecnologico fra i centri di ricerca e il mondo industriale rappresentato dalle aziende produttrici di materiali o di sistemi costruttivi, dalle imprese di costruzioni e dai progettisti [6], [7]. Ciò consente un immediato trasferimento tecnologico dai centri di ricerca alle imprese.
Il finanziamento della ricerca nel settore delle costruzione, che attualmente sta soffrendo per una forte contrazione del mercato immobiliare, avrà una ricaduta positiva per le aziende regionali che vogliano investire sulla produzione di sistemi costruttivi di qualità o sistemi di rinforzo per l’adeguamento/miglioramento sismico. Lo sviluppo delle metodologie e delle tecnologie collegate alla sicurezza strutturale, oltre alle aziende produttrici regionali, coinvolgono diversi soggetti del settore: centri di ricerca, progettisti, imprese di costruzioni, laboratori e produttori di materiali, proprietari di grandi patrimoni immobiliari.
Fonti
[1] Legge regionale Emilia Romagna n.19 2009. Misure urgenti per il rilancio economico, per la riqualificazione del patrimonio esistente, per la prevenzione del rischio sismico e per la semplificazione amministrativa.
[2] Legge del 1 agosto 2012 n. 122. Conversione in legge, con modificazioni, del decreto‐legge 6 giugno 2012, n. 74, recante interventi urgenti in favore delle popolazioni colpite dagli eventi sismici che hanno interessato il territorio delle province di Bologna, Modena, Ferrara, Mantova, Reggio Emilia e Rovigo, il 20 e il 29 maggio 2012.
[3] D.M. 14 Gennaio 2008. Norme Tecniche delle Costruzioni.
[4] Eurocode 8 (1998): Design of structures for earthquake resistance ‐ Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings.
[5] CNR‐DT 200/2004. Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Existing Structures ‐ Materials, RC and PC structures, masonry structures.
[6] Report di Frost&Sullivan M6A0‐18, June 2012.
[7] Report di Frost&Sullivan ADAS NA2F, May 2012.